快讯！南大科技领域又有这些新突破

一月科技快讯

01

在空间结构光场非线性调控方面取得重要进展

物理学院王慧田教授-汪喜林教授研究组在空间结构光场非线性调控方面取得重要进展。在前期矢量光场直接三次谐波产生研究基础上，近日，首次观察到旋转多普勒频移的非线性三倍频效应。这为频移的精确测量提供了一条新的有效途径，也有助于激发更多空间结构光场非线性调控的研究。

为测得非线性上转换光场的频移，研究组构建了正交偏振分量携带相反频移的空间结构基频光场；并利用之前发展的正交偏振双通道环形非线性干涉仪，产生了相应空间结构光场的三次谐波，从获得的拍频信号顺利读取了非线性转换后的频移信号。实验测得的基频光和三倍频光的旋转多普勒频移如图所示，可以清晰看到旋转多普勒频移在非线性过程中的三倍转换关系。

实验测得的不同转速下基频光和三倍频光的旋转多普勒频移。虚线为旋转半波片理论预期，实线为旋转q-板(q=1/2)理论预期，圆圈为实验结果，可以看出上转换光的频移与相应的基频光满足很好的三倍对应关系。

02

首次实现16个超纠缠Bell态的双光子干涉

物理学院王慧田教授-汪喜林教授研究组在量子干涉研究中取得重要进展。研究组首次实现偏振和轨道角动量16个完全超纠缠Bell态的双光子干涉，且在此过程中通过引入新的自由度，将单一自由度中粒子交换后的整体位相，转换为双自由度量子态的内部位相，实现了粒子交换对称和反对称位相的直接测量，该成果为量子干涉更广泛的应用奠定了坚实基础。

研究组在已制备超纠缠Bell态及其量子幻方游戏研究[Phys. Rev. Lett. 129, 050402 (2022)]的基础上，进一步发展了高效轨道角动量调控技术，灵活制备出偏振和轨道角动量完全16个超纠缠Bell态，系统地开展了多自由度双光子HOM干涉研究。更进一步，研究发现，这种多自由度双光子干涉可用于测量粒子交换位相。

双光子干涉聚束和反聚束现象。(a) 4个单自由度Bell态中有3个对称态和1个反对称态；(b) 16个偏振和轨道角动量超纠缠Bell态有10个对称态和6个反对称态。

03

二维半导体接触电阻接近量子极限

电子科学与工程学院王欣然教授、施毅教授带领国际合作团队，通过增强半金属与二维半导体界面的轨道杂化，将单层二维半导体MoS₂的接触电阻降低至42Ω·μm，超越了以化学键结合的硅基晶体管接触电阻，并接近理论量子极限。该成果解决了二维半导体应用于高性能集成电路的关键瓶颈之一，发表于《Nature》期刊。

与硅相比，二维半导体存在天然的范德华间隙，金属与半导体界面的波函数杂化耦合较弱，因此实现超低接触电阻具有很大的挑战，这也是长期以来限制二维半导体高性能晶体管器件的关键瓶颈之一。面对上述挑战，合作团队提出了轨道杂化增强的新策略，在单层MoS₂晶体管中实现了目前最低的接触电阻42Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理论量子极限。

Sb (0112)-MoS₂接触的能带杂化理论(a-b)、高分辨STEM原子成像(c)和接触电阻测量(d-f)

04

揭示气候变化对未来海洋汞循环的影响

汞是一种持久性的全球性污染物。理解气候变化背景下全球海洋汞循环的响应对于确定未来人群汞暴露风险和制定减排监管策略具有重要意义。

大气科学学院张彦旭教授课题组研究通过设计敏感性分析试验，利用三维海洋生物地球化学模型、海洋生态系统模型、地球系统模式等交叉学科方法与数据，量化评估了照常排放情景下本世纪末全球气候变化的不同方面对全球海洋汞循环的影响。研究结果确定了未来海洋汞循环过程中的几个关键影响途径，定量地识别了气候变化的各物理化学生物因素对于海洋无机汞、甲基汞浓度及其分布的影响，并解构了不同因素在海洋汞循环中的协同/拮抗作用。研究确定的关键影响因素，对于指导未来汞的环境风险控制措施提供科学参考。

气候变化的不同因素对表层海洋中海水甲基汞浓度的影响

05

突破光学超构表面偏振复用容量极限

物理学院彭茹雯教授、王牧教授研究组联合美国东北大学刘咏民教授研究组，创新性地引入光学响应噪声调控，成功突破光学超构表面偏振复用的容量极限，为发展高容量光学显示、信息加密、数据存储提供新范式，研究论文发表于《Science》期刊。

该研究组创新性地将精心设计的光学响应噪声引入琼斯矩阵方案中，突破超构表面偏振复用容量的物理极限，理论演绎并实验证实利用单一超构表面成功获得高达11个独立偏振通道。基于该理论策略，研究团队又进一步证实这种新型的偏振复用技术能够与其它复用技术相融合，并实验展示单一超构表面能够产生36种独立的全息图像，形成包含26个英文字母和10个数字的全息键盘图案。该研究为发展亚波长尺度下高容量光学显示、信息加密、数据存储提供新思路，在光通信和互联、光计算、光传感与探测、增强现实和虚拟现实（AR/VR）技术等领域具有广阔的应用前景。

偏振复用超构表面的设计新原理示意图

06

非厄米合成维度中的光学外尔界面态

现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士团队与上海交通大学袁璐琦教授团队合作，在非厄米拓扑光场调控方面取得重要进展，他们首创将非厄米自由度作为新的合成维度，发现了非厄米序（non-Hermitian order）对拓扑光场的调控作用，并在一维硅波导阵列的实验中展示了高维的非厄米外尔界面态。

本工作创造性地将非厄米自由度作为新的人工合成维度，在一维波导结构中成功构建了新的外尔界面态，大大拓宽拓扑态的存在空间和调控的灵活性，也为研究不同外尔结构之间的界面模式提供了更多可能性。

非厄米波导阵列中外尔界面态示意图

07

基于工业绒面晶硅的高效钙钛矿叠层太阳能电池

现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队与天合光能光伏科学与技术国家重点实验室研发团队合作，通过顶底电池结构设计和工艺优化等方向的技术创新，实现了宽带隙钙钛矿薄膜在工业化大绒面晶硅衬底上的高质量保形生长。制备的钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池稳态光电转换效率达28.6%。同时，叠层电池展现出了优异的稳定性，将封装的叠层太阳能电池置于空气中，在1个太阳光照下运行2000小时后仍保持超过80%的初始性能。进一步地，将杂化两步法的旋涂步骤替换成可大面积涂膜的刮涂技术，制备16cm²的大面积叠层太阳电池效率达到了25.1%，展现出该策略良好的商业化应用前景。

钙钛矿在工业绒面硅上的保型沉积；a) 杂化两步沉积法原理图；引入阴离子添加剂，包括MACl、MASCN或MACl和MASCN的混合物来调控钙钛矿的结晶过程；b) 绒面硅（平均金字塔尺寸>3 μm）上不同添加剂（MACl, MASCN和MA(Cl0.5SCN0.5)）的钙钛矿薄膜的表面（上）和截面（下）SEM图像；c) 绒面硅上钙钛矿薄膜的XRD图谱，d) 稳态PL谱图和e) 时间分辨瞬态PL谱图。

08

尖晶石氧化物纳米酶的预测性描述符

纳米酶是具有类酶活性的功能纳米材料，被誉为下一代模拟酶。尽管在开发各种具有类酶活性的纳米材料方面取得了巨大的进展，但其中大多数纳米酶是通过试错或偶然发现的。这主要是由于缺乏理性设计高性能纳米酶的指导性原则。因此，需要更有效的策略来设计高性能的类POD纳米酶。

为了填补这一空白，现代工程与应用科学学院魏辉教授团队及合作者首次报告e_g占用数作为尖晶石氧化物类POD活性的有效描述符（e_g代表两个反键分子轨道，由八面体晶场中的d轨道分裂产生)，其不仅是可以实验测量，还具备预测能力。这项工作为通过活性描述符来理性设计高性能纳米酶提供了参考价值，并提供了一种测定纳米酶描述符的方法。

不同种类的类POD纳米酶的K_cat数据统计（红线为辣根过氧化物酶（HRP）的K_cat）。使用了2656篇文章和260个数据，部分来自Ref. 5.。统计分类和数据提取是手动进行的。

09

在分子层沉积技术构筑长循环锂金属电池研究上取得重要进展

现代工程与应用科学学院李爱东教授课题组提出了利用分子层沉积技术（MLD）原位构筑富含LiF的SEI策略，实现锂金属电池稳定循环。

这项工作利用MLD技术设计、可控制备的无机-有机杂化物对苯二酚锌（ZnHQ）修饰铜纳米线（CuNW），并将其应用在锂金属负极上，诱导富LiF SEI膜的形成。具有偶极矩的ZnHQ中的含氧官能团可以作为亲核基团，提供多余的电子，加快双三氟甲磺酰胺锂（LiTFSI）降解，得到富含LiF的SEI膜可促进Li离子扩散，并抑制铜表面锂枝状生长。同时，锌原子的亲锂性可以诱导锂金属的沉积。此外，多孔支架和CuNWs的高表面积降低了局部电流密度并延长了桑德时间（Sand's time）。因此CuNW@ZnHQ电极在1mAh cm⁻²的容量下表现出超过7000小时的循环能力，在高负载容量（15mAh cm^–2）下可以保持超过300小时。且CuNW@ZnHQ与三元NCM523制备的全电池表现出优异的循环性，1000次循环的容量保持率为90%。这项工作为锂金属开发纳米级界面涂层提供了一种新方法，并证明MLD技术在促进高能量密度锂金属阳极的未来发展方面具有巨大潜力。

MLD制备ZnHQ过程及诱导的富含LiF SEI下的均匀锂沉积过程示意图

10

揭示过渡金属离子迁移本质，实现高性能钠离子电池正极材料

现代工程与应用科学学院郭少华、周豪慎团队以NaCrO₂（一种典型的存在严重过渡金属迁移的层状正极材料）为模型材料，阐明了钠离子电池层状正极材料过渡金属离子迁移的起源―随机脱钠和随后高电位时形成的钠空层。随后，通过Ru/Ti共掺杂策略有效解决该问题，其中掺杂的活性Ru首先被氧化来实现选择性脱钠，掺杂的非活性Ti可以作为支柱来避免富含Ru的过渡金属层相邻的钠层完全脱钠，进而抑制了钠空层的形成和进而提升电化学性能。该工作对理解钠离子电池层状氧化物正极材料过渡金属离子迁移提供了新视角，并提供了有效的改善策略。

NC中钠空层的形成和NCRT中钠空层抑制的理论计算。（a）NC和（b）NCRT在0.17 ≤ x ≤ 1.0钠空位范围内形成能与空位含量（x）的函数关系。黑色（NC）和红色（NCRT）圆点代表基态，灰色圆点代表赝基态。（c）NCRT中过渡金属混合层中，x = 0.17和x = 0.67时，Ru-4d电子和Cr-3d电子的PDOS图。（d）基于图c获取的在-1.0 ≤ E - Ef ≤ 0和-2.0 ≤ E - Ef ≤ -1.0区间电子空间分布。钠空位为0.67时（e）NC和（f）NCRT的原子示意图和相应的两过渡金属层间的距离。其中NC中两过渡金属层间距为5.5621和4.9355 Å，NCRT中两过渡金属层间距为5.7621和5.5201 Å。

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来源：科技处

封面：曾可宣

编辑：付雪颖

审校：宗和

责编：李烨婧

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